當(dāng)時(shí)認(rèn)為光的傳播介質(zhì)是“以太”。由此產(chǎn)生了一個(gè)新的問(wèn)題：地球以每秒30公里的速度繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，就必須會(huì)遇到每秒30公里的“以太風(fēng)”迎面吹來(lái)，同時(shí)，它也必須對(duì)光的傳播產(chǎn)生影響。這個(gè)問(wèn)題的產(chǎn)生，引起人們?nèi)ヌ接憽耙蕴L(fēng)”存在與否。邁克耳孫－莫雷實(shí)驗(yàn)就是在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行的。

當(dāng)“以太風(fēng)”的速度為0時(shí)，兩束光應(yīng)同時(shí)到達(dá)，因而相位相同；如“以太風(fēng)”速度不為零，即裝置相對(duì)以太運(yùn)動(dòng)，則兩列光波相位不同。

一種用邁克爾遜干涉儀測(cè)量?jī)纱怪惫庠谕环较蛏瞎馑俨钪档膶?shí)驗(yàn)。但結(jié)果證明光速在不同慣性系和不同方向上都是相同的，由此確定光速不變?cè)?。根?jù)伽利略變換，光速應(yīng)該與其所在的參照系有關(guān)，這一結(jié)果表明伽利略變換并不適用于高速運(yùn)動(dòng)的光子，洛倫茲由此提出洛倫茲變換來(lái)解決這一問(wèn)題。

雖然愛(ài)因斯坦只是將洛倫茲變換引入狹義相對(duì)論，但是他系統(tǒng)性地提出了一個(gè)全新的物理理論，并劃時(shí)代地提出時(shí)間相對(duì)性的概念，因此人們最終將這一功績(jī)歸功于愛(ài)因斯坦。但是狹義相對(duì)論并不完整，直到廣義相對(duì)論的出現(xiàn)才完美地解釋了孿生子佯謬。

既然存在以太，則當(dāng)?shù)厍虼┻^(guò)以太繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)時(shí)，在地球通過(guò)以太運(yùn)動(dòng)的方向測(cè)量的光速（當(dāng)我們對(duì)光源運(yùn)動(dòng)時(shí)）應(yīng)該大于在與運(yùn)動(dòng)垂直方向測(cè)量的光速（當(dāng)我們不對(duì)光源運(yùn)動(dòng)時(shí)）。

1887年，阿爾貝特·麥克爾遜（后來(lái)成為美國(guó)第一個(gè)物理諾貝爾獎(jiǎng)獲得者）和愛(ài)德華·莫雷在克里夫蘭的卡思應(yīng)用科學(xué)學(xué)校進(jìn)行了非常仔細(xì)的實(shí)驗(yàn)。目的是測(cè)量地球在以太中的速度(即以太風(fēng)的速度)。

如果以太存在，且光速在以太中的傳播服從伽利略速度疊加原理：

假設(shè)以太相對(duì)于太陽(yáng)靜止，實(shí)驗(yàn)坐標(biāo)系相對(duì)于以太以公轉(zhuǎn)軌道速度u沿光線(xiàn)2的方向傳播， 由于光在不同的方向相對(duì)地球的速度不同，達(dá)到眼睛的光程差不同，產(chǎn)生干涉條紋。

從鏡子M反射，光線(xiàn)1的傳播方向在MA方向上，光的絕對(duì)傳播速度為c，地球相對(duì)以太的速度為υ，光線(xiàn)1完成來(lái)回路程的時(shí)間為2d/C，光線(xiàn)2在到達(dá)M2和從M2返回的傳播速度為不同的，分別為C+υ和C－υ，完成往返路程所需時(shí)間為：d/(C+u)+d/(C-u).光線(xiàn)2和光線(xiàn)1到達(dá)眼睛的光程差為：c[d/(C+u)+d/(C-u)-2d/C]=2du^2/(C^2-u^2)

干涉儀整體可以旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，以太速度方向與實(shí)驗(yàn)參考系中光線(xiàn)2的夾角改變，從而使得速度分量u改變，旋轉(zhuǎn)90°時(shí)，光線(xiàn)1和2交換了狀態(tài)，光程差可以增加一倍。：ΔL=4du^2/(C^2-u^2)≈4du^2/C^2。移動(dòng)的條紋數(shù)為ΔL/λ。

實(shí)驗(yàn)中用鈉光源，λ=5.9×10^－7m；

地球的公轉(zhuǎn)軌道運(yùn)動(dòng)速率為：υ≈10^－4C；干涉儀靜止參考系下的光程2d=11m，

應(yīng)該移動(dòng)的條紋為：ΔN=2×11×(10^－4)/λ=0.37

干涉儀的靈敏度，可觀(guān)察到的條紋數(shù)為0.01條。但實(shí)驗(yàn)結(jié)果是幾乎沒(méi)有條紋移動(dòng)。

因此以太存在且光速滿(mǎn)足伽利略速度疊加的前提是錯(cuò)誤的。結(jié)論是要么是以太不存在，光速相對(duì)于任何參考系的速度都一樣，因此旋轉(zhuǎn)邁克爾遜干涉儀時(shí)光線(xiàn)1和2不存在時(shí)間差。要么是以太存在但是光速不滿(mǎn)足伽利略速度疊加。

在1887年到1905年之間，人們?cè)?jīng)好幾次企圖去解釋麥克爾遜——莫雷實(shí)驗(yàn)。最著名者為荷蘭物理學(xué)家亨得利克·洛倫茲，他是依據(jù)以太存在，但是伽利略速度疊加原理需要修改，從而引進(jìn)了洛倫茲變變換。然而，一位迄至當(dāng)時(shí)還不知名的瑞士專(zhuān)利局的職員阿爾貝特·愛(ài)因斯坦，在1905年發(fā)表的一篇著名的論文中指出，只要人們?cè)敢鈷仐壗^對(duì)時(shí)間的觀(guān)念的話(huà)，整個(gè)以太的觀(guān)念就是多余的。

幾個(gè)星期之后，一位法國(guó)最重要的數(shù)學(xué)家亨利·彭加勒也提出類(lèi)似的觀(guān)點(diǎn)。愛(ài)因斯坦的論證比彭加勒的論證更接近物理，因?yàn)楹笳邔⒋丝紤]為數(shù)學(xué)問(wèn)題。

通常這個(gè)新理論是歸功于愛(ài)因斯坦，但彭加勒的確在其中起了重要的作用。